[實用新型]采場礦壓機械模擬實驗臺

無效

• 申請號: 200820113861.0
• 申請日: 2008-07-08
• 公開（公告）號: CN201237542Y
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發明（設計）人: 范煒琳;郭惟嘉;蔣宇靜;張新國;陳連軍
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司
• 代理人: 寧欽亮

技術領域

本實用新型涉及采場礦壓實驗室用的試驗臺。

背景技術

研究采場支承壓力的發展變化與上覆巖層運動之間的關系以及來壓時刻支架與圍巖(頂板)間相互作用的關系，是解決采場礦壓及其控制問題的基礎。但由于采場支承壓力發展變化其影響因素的復雜性和現場實際研究中采場上覆巖運動的不可見性，這都給采場礦壓的理論研究帶來了極大的困難。利用模擬試驗臺進行礦壓模擬實驗，是研究采場礦壓行之有效的重要途徑。傳統的礦壓模擬試驗臺，是在長方體試驗框架內填入模擬煤層和頂板的相似材料制成模型，人工一點點掏掉煤層模擬材料，使頂板模擬材料自然脫落，模擬出采礦的推進過程。試驗人員直接觀察采場推進過程中上覆巖層的運動情況，從而研究頂板支承壓力的發展變化規律以及支架一圍巖(頂板)間的相互關系問題。雖然上述相似材料模擬研究法對采場礦壓的研究有一些實驗效果，但是，隨著礦壓理論的不斷發展，在實際的實驗研究中，存在著以下主要方面的問題：

1.由于實驗模型對相似材料本身的物理力學特性有較強的依賴性。使材料的許多相似指標無法滿足。如：材料的塑性力學性質等。

2.實驗模型在成型手段和方法上，無法保證相似材料的試件實驗與模型模擬實驗的一致性，因此試驗結果的重復性較差。

3.實驗中模擬巖梁的裂斷及其運動的結構狀態時無法人為控制，導致關鍵的實驗數據無法獲得。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服傳統試驗臺存在的上述問題，實用新型一種相似模擬和物理模擬相結合的采場礦壓機械模擬試驗臺。該試驗臺用于研究采場推進過程中上覆巖層運動狀態與煤層支承壓力變化關系、采場來壓時支架阻力與上覆巖層運動狀態關系、采場推進過程中上覆巖層的運動狀態、煤層支承壓力以及底板應力分布關系等問題。

本實用新型的技術方案是：它包括一個長方體試驗框架，在框架內從下向上依次布置有模擬采高升降裝置、模擬煤層底板橡膠板、模擬煤層氣囊、層狀結構的模擬老頂模型塊和加載氣囊；

上面所述的模擬采高升降裝置是沿試驗框架長度方向上布置有導向固定架，固定架上布置有若干套由電機和起重螺旋構成的升降架。

上面所述的模擬煤層的氣囊，由若干個氣囊沿試驗框架長度方向緊密排列，每個氣囊上帶有壓力變送器按鈕開關和氣壓電磁閥，并與進氣總管連接。

上面所述的層狀結構的模擬老頂模型塊根據采場實驗情況層狀布置，每層由若干橡膠塊和硬質材料塊連接成整體，橡膠塊與硬質材料塊粘結，在巖梁斷裂的每個受拉部位的結合面上用電磁鐵吸合，并在該斷裂面上用雙鉸折頁鉸接。

上面所述的加載膠囊是一個整體儲水或充氣的膠囊，膠囊上帶有閥門。

上面所述的模擬煤層底板橡膠板內加工有檢測孔，檢測孔內安裝有檢測應力的傳感器。

當用本試驗臺僅模擬煤層頂板時，無需再布置模擬煤層底板橡膠板。

本實用新型可實現以下采場礦壓的模擬：

1.煤層的模擬：

煤層是實驗中需要開采的部分。用氣泵向模擬煤層的氣囊充氣，所有氣囊充足時模擬煤層未開采狀態。通過氣壓電磁閥控制氣囊的放氣量模擬煤層在支承壓力的作用下由彈性狀態向塑性狀態的轉化狀態；逐個將氣體全部放掉可模擬煤層的開采狀態，即采場工作面的推進情況。通過壓力變送器可檢測氣囊的壓力從而換算成煤層支承壓力。

2.煤層老頂傳遞巖梁的模擬：

老頂傳遞巖梁是采場礦壓實驗中老頂力學結構狀態隨煤層開采而變化的那一部分。

通過橡膠、塑料或金屬材料塊連接構成的一層層模型塊，模擬老頂運動狀態和巖梁的力學結構性能。

通過電磁鐵的開斷，模擬老頂的裂斷情況；通過橡膠夾層的拉伸壓縮模擬老頂的彎曲情況；通過雙鉸折頁處的折曲狀態模擬老頂裂斷后其力學結構狀態和運動特征。

3.煤層底板的模擬：

當需要模擬煤層底板情況時，通過用不同硬度的橡膠板復合成煤層底板模型，并在橡膠板內設置一定密度的壓力檢測孔，放置相應的傳感器，以測試煤層底板的應力分布情況。

4.煤層老頂荷載的模擬：根據相似條件，對頂板以上的載荷壓力進行模擬，通過向加壓膠囊中充入氣壓或水壓，在反力支架的作用下對老頂模型進行加載模擬試驗。

5.采高的模擬

通過升降裝置的高度調整，可以模擬不同的采煤高度，也可模擬控制老頂觸矸的位置，從而可模擬不同采高的采場礦壓情況。